太平洋戦争中の資材不足の中生まれた貨物用蒸気機関車。
最高出力は1660馬力。kwに換算すると1221kwで同時期に生まれたEF13と比較すれば小さいが、それでも日本の蒸気機関車史上最強の車両である。
設計の母体は鉄道省内部で起案された「KD54-B」設計案。ボイラー燃焼室の拡大で燃焼効率を上げ性能向上を図るのが目的であった。
性能
10パーミル（1000m進んで10m標高が高くなる）勾配を1200tの貨物列車を1両でけん引出来る出力を持っている。
そのためには出力を大きくする必要があり、転車台や駅の待避線などの長さの関係から全長を無計画に延長はできないので、ボイラーの直径を拡大している。
当然の事だが単にボイラーを拡大しても上手く石炭を燃焼させられなければ意味が無いので火室の設計にも気を配り、粗悪な石炭でも効率よく燃焼できるように設計された。当時既に、上質な石炭がいつでも調達可能とは行かなくなっていたためでもある。
ボイラーの基本設計で2種（燃焼室の長短）、材料の寸法取り（リベット接合面の長さと列数）で3種に分かれ、それぞれ甲乙丙とランク付けされている。前者で甲乙と丙、後者で甲とそれ以外となる。煙室の長さで差分を吸収しているため、機関車の全長に差異はない。
戦時型ではあるものの比較的丁寧に作られた試作車でもある１号機では、燃料のカロリーがそれまでの標準1kgあたり6500kcal/hを大幅に下回る5500kcal/hでも運転上特段の困難はなしと査定された（この熱量は戦前の朝鮮総督府鉄道では標準で使われた基準値でもある）。その後の装備改造で甲罐に置き換えられると、真価を発揮した。
但しボイラーは全数交換ではなかった。これは戦時型の粗製乱造であったはずなのに一種当たりクジのように偶々圧力上がりが極めてよいものがあり、交換しても必ずしもその性能が担保されるわけではなかったためであった。
同様のボイラー交換はD51以降の各形式である程度の数なされているが、残念ながら大型機への燃焼室の追加には至っていない。
戦時中の物資不足の深刻化により、当初のKD-54B設計案とはうって違った代用品を多用した戦時設計機として誕生。こちらは強度が不要な部分は鉄製から木製に、加工をの手間を省き、炭水車上部の囲いも木の板を建てただけ、ボイラー前面の縁は角ばったまま、使用鋼板の厚みを標準よりも薄いものとされ、デッドウェイトはコンクリートとお世辞にも美しいとはいえないデザインの蒸気機関車として誕生した。
なお、戦時型当時の写真では、装備改造後のD52や前級D51のような煙突前の給水温め器がない。これは戦時設計というよりも、島秀雄の「ユニット思想」によるもので、左右シリンダ間にある「排気膨張室（≒内燃機関のマフラー）」（実はC55以降の日本形の独自機構であるが、出力を犠牲にしている）の中に水管を通してカセット式に取り替え可能としたため煙突そばにないだけで、ほとんどの機体はちゃんと装備はしている。しかし、結局は整備性に相当に劣り、装備改造のさいD52・62共々通常の位置に移された。
また、欠番が多数あるが、これは戦時下の防諜上、総製造数を敵国に把握させないための意図的なナンバー飛ばしであるとも言われている。
戦時設計の罪
ボイラー内は高圧蒸気が充満し内圧が非常に高くなるため、通常は鋼板の厚みを薄くしたりはしない。しかし戦時中、とにかく資材節減になりふり構わぬ姿勢だった当時はボイラーの構造まで厚みを削ったうえ、熟練工の徴用で技術力の低下したため、極めて質の低い粗悪なボイラーとせざるを得なかった。その結果…
終戦直前の昭和20年（1945年）8月11日、山陽本線万富駅において通過中に、ボイラー火室より蒸気が噴出、爆発。ボイラーだけ車体から外れて駅陸橋付近に吹き飛び、煙室・台枠・走行部分は400ｍ進行の後停止、客車4両が中大破、乗員は死亡1名、乗員乗客の負傷が8名起こるという悲惨な事故が起こるべくして発生。原因は該当車D52 82号のボイラ火室部分の電気溶接不良による構造破壊が元であった。このようなことがこの他にも数度あり、乗務員からは爆弾の上に乗務しているような機関車とすら言われた。
戦後の改装
戦後、ボイラーなど流用可能なパーツを再利用して旅客列車用蒸気機関車C62が誕生した。軸配置を1－D－1から2－C－2に変更、動輪直径を1400mmから1750mmに拡大させて高速運転に適した設計へ改造している。もっとも昭和30年代に状態の悪いボイラーはすべて新造され交換されているので結果的には車籍流用車に近い。
その一方で、D52のまま残る車輛は、相当状態の悪かったものは廃車にし、状態の比較的良かったものに関しては、代用品を正規のものに交換し、木製部品を鋼製のものに変更するなど元の設計案に戻す徹底した更新工事が加えられ、また、C62からのフィードバックとして自動給炭機も装備された。その後継続使用された車輛はC62と同様、昭和30年代以降に戦時規格の粗悪なボイラーを正規規格のものに積みかえるなど製造時に比べれば遙かにまともな重量級貨物機として内外ともにフルリニューアルを果たしている（一部に戦時型の痕跡を強く残した外観の個体も存在した）。
かくして、戦後復興輸送と高度経済成長初期の貨物機として活躍をしたものの、動輪にかかる重さ（軸重）がかなり高かったため、走行出来る線区が限られた（東海道・山陽本線、鹿児島本線および函館・室蘭本線の一部区間、御殿場線、岩徳線）。※
ゆえに転用はできず、結局1972年までに姿を消した。
※但し中津川・木曽福島などの機関区所属だった元機関士達にインタビューした鉄道誌の記述によれば、東海道線の事故不通時に、中央西線の塩尻～名古屋間をD52が何の速度制限もなく乗り入れたことはあったという。年間の通過トン数から逆算すればごく短期間の過負荷は耐えうるという判断と（現在DF200が線路の弱い根室本線などに乗り入れるのと似てはいる）東海道線の早期復旧のためにはバイパス役は避けられないこと、極端に過酷な条件の揃いすぎた現場で百戦錬磨になっており使いこなしてしまったらしい。
なお、軸重軽減型として従台車を変更したD62形に改造され、東北本線で運用されたものもあるが、それもトータル重量でD52を超えた日本最重量級の大型機は、石炭専焼の前提でないと意味のある運用ができず（重油併燃のD51でも牽引力は同程度）、東北本線盛岡電化で改造前のD52よりも早く1966年までに廃車・解体処分されている。
保存車
2014年7月時点で7両が保存されてはいるものの、広島県広島市の1両(1号機)、京都市の1両(ラストナンバーの468号機)以外は、同機が活躍した路線である御殿場線が通る神奈川県と静岡県に集中している。
また、山北町で保存されている70号機が、2016年3月に圧縮空気による動態化がなされ(限定ながら動態保存されている唯一のD52となった)、不定期で運行イベントが催されている。
また、使用路線の一つだった御殿場線で運用されたD52も配備されていた沼津機関区があった静岡県・沼津市の高沢公園に、136号機が保存されている。この機関車は元々、函館本線で活躍した車両で沼津に配備はされていなかった(函館の五稜郭機関区)が、本形式が沼津と縁のある車両という事で保存された。後に沼津を舞台にしたラブライブ!サンシャイン!!で鉄道を題材にした曲HAPPY_PARTY_TRAINがリリースされたのだが、Aqoursメンバーを演じるキャスト陣が、この136号機をバックにライブ衣装で撮影しており、ファンの聖地と化している。更にはAqoursのライバルとして登場するSaint_Snowは何の因果か、136号機の最終配置だった函館出身という巡り合わせを呼んでいる。
